-
Die
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Modulation einfallender
Lichtstrahlen mittels einer mechanischen Rastervorrichtung. Insbesondere
beschreibt die Erfindung eine mechanische Rastervorrichtung, die
zu einer wesentlichen Verbesserung der Ausgangsleistung der Lichtstrahlbeugung
führt.
-
Durch
Fortschritte in der Mikroverarbeitungstechnologie sind eine Vielzahl
mikroelektromechanischer Systeme (MEMS) entstanden, darunter Lichtmodulatoren
für kostengünstige Display-Anwendungen. Derartige Modulatoren
bieten hohe Betriebsgeschwindigkeiten bei hoher Auflösung (KHz-Bildraten),
Multigrauskalenstufen, Farbanpassungsfähigkeit, hohes Kontrastverhältnis und
Kompatibilität
mit der VLSI-Technologie. Ein Modulator dieser Art ist in US-A-5
311 360, erteilt am 10. Mai 1994 an Bloom et al., mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung
zum Modulieren eines Lichtstrahls" beschrieben. Bei diesem Modulator handelt
es sich um ein mikrobearbeitetes Reflexionsphasengitter. Es besteht
aus einer Vielzahl in gleichem Abstand angeordneter verformbarer
Elemente in Form von Stäben,
die an beiden Enden über
einem Substrat gehalten sind und so ein Gitter ausbilden. Die verformbaren
Elemente weisen eine Metallschicht auf, die sowohl als Elektrode
als auch für
einfallendes Licht als Reflexionsoberfläche dient. Das Substrat ist
ebenfalls reflektierend und enthält
eine besondere Elektrode. Die verformbaren Elemente sind mit einer
Dicke von λ/4
ausgelegt, wobei λ die
Wellenlänge
der Quelle des einfallenden Lichts ist. Sie werden in einem Abstand
von λ/4 über dem
und parallel zum Substrat gehalten. Bei Betätigung der verformbaren Elemente
(zum Beispiel bei Anlegen einer ausreichenden Schaltspannung) werden
die verformbaren Elemente abwärts
gezogen, und das einfallende Licht wird gebeugt. Bloom beschreibt
eine Vielzahl von unter den verformbaren Elementen angeordneten
Rippen, die den Anlagebereich zwischen den verformbaren Elementen
und dem Substrat bei Betätigung
der verformbaren Elemente verringern. Optische Systeme können das
gebeugte Licht auffangen. Für
Display-Anwendungen werden eine Anzahl verformbarer Elemente so
gruppiert, dass sie gleichzeitig aktiviert werden und dadurch ein Pixel
definieren, wobei durch Anordnungen solcher Pixel ein Bild ausgebildet
wird. Da Gitter von Haus aus streuen, kann ein solcher Modulator
darüber
hinaus für
Farbdisplays verwendet werden.
-
US-A-5
677 783, erteilt am 14. Oktober 1997 an Bloom et al., mit dem Titel "Verfahren zum Herstellen einer
verformbaren Rastervorrichtung zum Modulieren eines Lichtstrahls
mit Mitteln zum Vermeiden von Haftreibung zwischen den Gitterelementen
und dem darunter liegenden Substrat" beschreibt ein Verfahren zum Herstellen
einer verformbaren Rastervorrichtung zum Modulieren eines Lichtstrahls
mit Mitteln zum Verhindern der Haftreibung zwischen den Gitterelementen
und dem darunter liegenden Substrat. 1 zeigt
eine perspektivische, abgeschnittene Ansicht eines bekannten Lichtmodulators 10.
Auf ein Siliziumsubstrat 22 wird eine isolierende Schutzschicht 24 aufgebracht.
Diesem Vorgang folgt das Aufbringen einer Siliziumoxid-Opferschicht 16.
Danach wird eine Siliziumnitridschicht 26 aufgebracht,
in der die verformbaren Elemente 12 ausgebildet werden.
Die Dicke sowohl der Siliziumdioxid-Opferschicht 16 als
auch der Siliziumnitridschicht 26 ist für die Bestimmung der Amplitudenmodulation
und damit der Leistung der Rastervorrichtung von kritischer Bedeutung.
Um freistehende Strahlen zu erhalten, wird die Siliziumdioxid-Opferschicht 16 im
aktiven Bereich weggeätzt.
Die verbleibende, nicht entfernte Siliziumdioxid-Opferschicht 16 dient
als Befestigungsrahmen 14 für die verformbaren Elemente 12.
Im letzten Fertigungsschritt wird ein Aluminiumfilm 30 aufgebracht,
um die Reflexion der Strahlen zu verbessern und eine Elektrode für das Anlegen
einer Spannung zwischen den verformbaren Elementen 12 und
dem Substrat 22 zu erhalten.
-
Mit
dieser bekannten Vorrichtung sind zahlreiche Probleme verbunden.
Die Dicke sowohl der Oxid-Opferschicht 16 als auch der
Siliziumnitridschicht 26 muss jeweils λ/4 betragen. Da diese Dicken
die Rasteramplitude des Modulators bestimmen, sind ihre Abmessungen
kritisch. Jede Abweichung einer dieser Dicken führt zu einer ungewollten Lichtbrechung
im ausgeschalteten Zustand sowie zu einer geringeren Beugungsleistung im
eingeschalteten Zustand und damit zu geringeren Kontrastverhältnissen.
Eine Möglichkeit
zur Anpassung der Dicke des verformbaren Elements 12 zum
Zweck der Optimierung seiner mechanischen Eigenschaften besteht
nicht.
-
In
der Struktur der Vorrichtung gibt es keine Ätzsperre, die während des
Entfernens der Oxid-Opferschicht 16 wirksam
würde.
Daher ist ein sorgfältig
gesteuerter, zeitabhängiger Ätzvorgang
nötig um
sicherzustellen, dass die verbleibende Oxid-Opferschicht 16 als
Befestigungsrahmen 14 dienen kann. Das durch die Nassätz-Öffnungen
zwischen den Strahlen verbleibende Profil lässt eine unebene Wand unter
den verformbaren Elementen 12 zurück, wo diese am Befestigungsrahmen 14 in
Anlage kommen. Dadurch werden Abweichungen in den elektromechanischen
Eigenschaften der Vorrichtungen verursacht. Der Ätzprozess zum Entfernen der
Oxid-Opferschicht ist ein Nassätzverfahren.
Während
dieses Nassätzschrittes
tritt Haftreibung insofern auf, als die verformbaren Elementen dazu
neigen, am Substrat anzuhaften und dort haften zu bleiben. Dieses
Problem kann mit besonderen Trocknungstechniken überwunden werden, die den Prozess
jedoch komplizieren. Bevorzugt ist das Abtragen der Opferschicht
mittels eines Trockenätzverfahrens.
-
US-A-5
661 592, erteilt am 14. Oktober 1997 an Bornstein et al., mit dem
Titel "Verfahren
und Vorrichtung zum Herstellen eines Lichtmodulators mit flachem
Beugungsgitter" beschreibt
ein Verfahren zum Herstellen einer verformbaren Rastervorrichtung,
die die mit dieser bekannten Vorrichtung verbundenen Probleme lösen soll.
Auf das Substrat wird eine Isolierschicht aufgebracht. Danach wird
eine Opferschicht aus Phosphosilikatglas (PSG) aufgebracht. Die
Opferschicht aus Phosphosilikatglas (PSG) wird selektiv strukturiert,
indem man die Phosphosilikatglas-Opferschicht (PSG-Schicht) entfernt,
außer
in jenen Bereichen, in denen die verformbaren Rasterelemente ausgebildet
werden sollen. Um den Winkel der Seitenwand zu verringern, wird
das Phosphosilikatglas (PSG) bei hoher Temperatur wieder aufgeschmolzen.
Dann wird über
das Phosphosilikatglas (PSG) Siliziumnitrid formentsprechend aufgebracht
und in Form verformbarer Elemente strukturiert. Anschließend wird
die Phosphosilikatglas-Opferschicht (PSG-Schicht) durch Nassätzen entfernt.
-
Durch
das selektive Mustern der Phosphosilikatglas-Opferschicht (PSG-Schicht)
wird der Bereich unter den Strahlen gleichmäßiger, wobei man sich jetzt
auf die Gleichmäßigkeit
des Aufschmelzens der Phosphosilikatglas-Opferschicht (PSG-Schicht)
verlässt.
Allerdings geschieht das Entfernen der Phosphosilikatglas-Opferschicht
(PSG-Schicht) immer noch in einem Nassätzverfahren mit den vorstehend
beschriebenen entsprechenden Nachteilen.
-
Die
Topografie des formentsprechenden Aufbringens des Siliziumnitrids über der
Stufenhöhe,
die durch den Bereich der strukturierten Phosphosilikatglas-Opferschicht
(PSG-Schicht) gebildet wird, wird auch durch die Stufenhöhe bestimmt.
Bei der Strukturierung der verformbaren Elemente begrenzt diese
Topografie den Mindestabstand zwischen den verformbaren Elementen.
Ein größerer Abstand
zwischen den Elementen führt
zu stärkerer
Lichtstreuung, wodurch sich die Leistung des Gitters verringert.
Bei Verwendung einer Phosphosilikatglas-Opferschicht (PSG-Schicht) ist darüber hinaus
eine hohe Aufschmelztemperatur erforderlich, die die Integration
mit CMOS-Schaltungen auf demselben Substrat erschwert.
-
Ein
Problem der bekannten Vorrichtungen besteht darin, dass sie keine
verformbaren Bandelemente mit gleich bleibendem Querschnitt entlang
der gesamten Länge
der Vorrichtung aufweisen. Dieser Nachteil verringert entsprechend
die Leistung der Beugungs-Rastervorrichtung.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es nun, eine mechanische Rastervorrichtung bereitzustellen,
die gleiche Betätigungsbedingungen
für die
verformbaren Elemente aufweist, um die Beugungsleistung der Vorrichtung
zu verbessern.
-
Diese
Aufgabe wird mit einer mechanischen Rastervorrichtung erreicht,
wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den Ansprüchen
12 bis 15 definiert.
-
Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
-
In
den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine
perspektivische, teilweise abgeschnittene Ansicht der bekannten
Rastervorrichtung;
-
2 eine
Darstellung der Strahlbeugung durch ein binäres Reflexionsphasengitter;
-
3 eine
perspektivische, teilweise abgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen mechanischen Rastervorrichtung;
-
4 eine
Draufsicht der erfindungsgemäßen mechanischen
Rastervorrichtung;
-
5 eine
Querschnittsansicht einer Ausführungsform
mit und ohne an die verformbaren Bänder angelegte Kraft, entlang
der Ebene 5-5 in 4;
-
6 eine
Querschnittsansicht einer Ausführungsform
mit und ohne an die verformbaren Bänder angelegte Kraft, entlang
der Ebene 5-5 in 4;
-
7 eine
Querschnittsansicht entlang der Ebene 7-7 in 4, in der
eine Verbindung zwischen der Bandschicht und dem Träger vorgesehen
ist;
-
8 eine
Querschnittsansicht entlang der Ebene 7-7 in 4, in der
eine Reflexionsschicht vorgesehen ist; und
-
9 eine
Querschnittsansicht entlang der Ebene 7-7 in 4, in der
die Vorrichtung nach dem letzten Prozessschritt dargestellt ist.
-
Anhand
der
2 soll nun die Beugung eines einfallenden Lichtstrahls
11 beschrieben
werden. Es ist bekannt, dass periodisch wiederkehrende Wellen in
optischen Oberflächen
(zum Beispiel in Beugungsgittern) die Richtung einfallender Lichtstrahlen
11 stören. Gerichtetes
Licht, das in Luft auf ein Gitter fällt, wird entsprechend der
Rastergleichung (
1)
worin λ die Wellenlänge des einfallenden Lichts
und m eine die Beugungsordnung bezeichnende ganze Zahl ist, in eine
Reihe unterschiedlicher Ordnungen gebeugt.
2 zeigt
ein Reflexionsgitter
10 mit einem einfallenden Lichtstrahl
11,
der in einem Winkel θ
0 auf das Gitter
10 auftrifft. Die
Gitteroberfläche
weist eine Periode Λ auf,
die die Beugungswinkel entsprechend der in Gleichung 1 dargestellten
Beziehung definiert. Ein der Beugungsordnung m entsprechender gebeugter
Strahl
13 verlässt
das Gitter
10 in einem Winkel θ
m.
-
Das
in 2 dargestellte Beugungsgitter 10 ist
ein binäres
oder Zweistufen-Gitter mit einer Rechteckwelle als Gitterprofil.
Das Arbeitsspiel ist definiert als das Verhältnis zwischen der Breite der
Nut L1 und der Gitterperiode Λ. Binäre Phasengitter
haben die maximale Beugungsleistung bei einem Arbeitsspiel von 0,5
und einem Reflexionsvermögen
von R = 1,0.
-
Bei
gleichmäßigem Reflexionsvermögen und
einem Arbeitsspiel von 0,5 lässt
sich die theoretische Beugungsleistung anhand der in Gleichung 2
dargestellten Beziehung für
die skalare Brechungstheorie errechnen (s. M. Born und E. Wolf,
Principles of Optics (Grundlagen der Optik), 6. Ausgabe., Pergamon
Press, Oxford, 1980, S. 401 – 405).
worin
q
m ein geometrischer Faktor ist und
-
Bei
normal einfallender Beleuchtung tritt die maximale Leistung in der
ersten Ordnung (m = 1) auf, wenn die Gittertiefe d = λ/4 beträgt. Ein
solches Gitter weist bei den interessierenden Gittern (λ/Λ ≤ 0.5) gleiche Brechungsleistungen
in die Ordnungen +1 und –1
von etwa 40% auf, während
das übrige
Licht in höhere
ungerade Ordnungen (d.h. ±3, ±5, usw.)
gebeugt wird.
-
3 zeigt
eine perspektivische, teilweise abgeschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen mechanischen
Rastervorrichtung 100. Die mechanisch verformbaren Strukturen
der mechanischen Rastervorrichtung 100 sind über einem
Träger 50 ausgebildet.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform stellt eine mechanische
Rastervorrichtung 100 dar, die durch Anlegen einer elektrostatischen
Kraft betätigt
werden kann. Entsprechend dem Umstand, dass die Betätigungskraft
der mechanischen Rastervorrichtung 100 elektrostatisch ist,
weist der Träger 50 verschiedene
Schichten aus unterschiedlichen Materialien auf. Der Träger 50 umfasst ein
Substrat 52. Das Material des Substrats 52 wird
aus der Materialgruppe Glas, Kunststoff, Metall und Halbleitermaterial
gewählt. Über dem
Substrat 52 befindet sich eine untere leitfähige Schicht 56.
Bei dieser Ausführungsform
ist die dünne
untere leitfähige
Schicht 56 erforderlich, da sie als Elektrode für das Anlegen
der Spannung zur Bestätigung
der mechanischen Rastervorrichtung 100 dient. Über der
dünnen
unteren leitfähigen
Schicht 56 befindet sich eine Schicht 58. Die
untere leitfähige
Schicht 56 wird aus der Materialgruppe Aluminium, Titan,
Gold, Silber, Wolfram, Siliziumlegierungen und Indiumzinnoxid gewählt. Über der
Schutzschicht 58 ist eine Abstandsschicht 60 ausgebildet,
der eine Trennschicht 65 folgt. Über der Trennschicht 65 ist
eine Bandschicht 70 ausgebildet, die von einer Reflexionsschicht 78 abgedeckt
ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform
muss auch die Reflexionsschicht 78 leitfähig sein,
so dass man Elektroden für
die Betätigung
der mechanischen Rastervorrichtung 100 erhält. Die
Elektroden werden mustermäßig aus
der reflektierenden und leitfähigen
Schicht 78 hergestellt.
-
In
der Trennschicht 65 ist ein langgestreckter Kanal 67 ausgebildet.
Der langgestreckte Kanal 67 weist eine erste und eine zweite
Seitenwand 67a und 67b sowie einen Boden 67c auf.
Oben ist der Kanal 67 offen und durch einen ersten und
einen zweiten Satz verformbarer Bandelemente 72a und 72b überdeckt.
Die verformbaren Bandelemente 72a und 72b überspannen
jeweils den Kanal 67 und sind an der Oberfläche der Trennschicht 65 beiderseits
des Kanals 67 befestigt. Der Boden 67c des Kanals 67 wird
durch eine Schutzschicht 58 abgedeckt. Wie bereits erwähnt, befindet
sich über
der Bandschicht 70 die Reflexionsschicht 78. Die
Reflexionsschicht 78 (leitfähig) ist derart gestaltet,
dass sich ein erster und ein zweiter leitfähiger Bereich 78a und 78b ergeben.
Sowohl der erste als auch der zweite leitfähige Bereich 78a und 78b weisen
entsprechend ihrer Strukturierung eine kammartige Struktur auf und
sind an der Oberfläche
der mechanischen Rastervorrichtung 100 interdigitalisiert
angeordnet. Der erste und der zweite leitfähige Bereich 78a und 78b sind gegeneinander
mechanisch und elektrisch isoliert. Die Schicht 70 ist
im selben Muster strukturiert wie die Reflexionsschicht 78.
Infolgedessen überspannen
der erste und der zweite Satz verformbarer Bandelemente 72a und 72b den
Kanal 67 und sind in Richtung des Kanals 67 derart
angeordnet, dass jedes zweite verformbare Bandelement zu jeweils
einem Satz gehört.
-
Bei
der in 3 dargestellten Ausführungsform ist eine Vielzahl
von Abstandselementen 61 auf dem Boden 67c des
Kanals 67 angeordnet. Die Abstandselemente 61 werden
aus der Abstandsschicht 60 derart geformt, dass eine Gruppe
von Abstandselementen 61 nur den verformbaren Bandelememten 72a bzw. 72b des
ersten oder des zweiten Satzes zugeordnet ist. Bei der hier dargestellten
Ausführungsform
ist die Abstandselementegruppe 61 dem zweiten Satz verformbarer
Bandelemente 72b zugeordnet. Dabei können die Abstandselemente 61 auch
in Form eines einzigen Stabes ausgebildet sein.
-
4 zeigt
eine Draufsicht der erfindungsgemäßen mechanischen Rastervorrichtung.
Eine erste, rechtwinklig zur Länge
der mechanischen Rastervorrichtung 100 verlaufende Ebene
7-7 zeigt eine Querschnittsansicht der in 7 bis 9 dargestellten
mechanischen Rastervorrichtung 100. Eine zweite, rechtwinklig
zur ersten Ansichtsebene 7-7 der mechanischen Rastervorrichtung 100 verlaufende
Ansichtsebene 5-5 zeigt eine Querschnittsansicht der in 5 und 6 dargestellten
mechanischen Rastervorrichtung 100. Die in 4 dargestellte
mechanische Rastervorrichtung 100 lässt sich durch Anlegen einer
elektrostatischen Kraft betätigen.
Auf der Oberfläche
der mechanischen Rastervorrichtung 100 sind ein erster
und ein zweiter elektrisch leitfähiger
Bereich 78a und 78b ausgebildet. Der erste und
der zweite elektrisch leitfähige
Bereich 78a und 78b sind gegeneinander isoliert,
um das Anlegen einer Spannung entweder an den ersten oder den zweiten
Satz verformbarer Bandelemente 72a und 72b zu
ermöglichen.
Der erste leitfähige
Bereich 78a legt die Spannung an den ersten Satz verformbarer
Bandelemente 72a an, während
der zweite leitfähige
Bereich 78b die Spannung an den zweiten Satz verformbarer
Bandelement 72b anlegt. Der erste leitfähige Bereich 78a steht
mit der als Träger 50 bezeichneten
unteren leitfähigen
Schicht 56 (s. 8) in Berührung. Die dünne untere
leitfähige
Schicht 56 kann über
einer Schicht ausgebildet sein, die sich unter dem Boden 67c des
Kanals 67 befindet. Weil der erste und der zweite leitfähige Bereich 78a und 78b derart
gestaltet sind, dass eine elektrische und mechanische Isolierung
der verformbaren Bandelemente 72a und 72b gegeben
ist, sind in der Ansicht der 4 Bereiche
der Trennschicht 65 und der Schutzschicht 58 zu
erkennen. Zur Betätigung
der mechanischen Rastervorrichtung 100 wird die elektrostatische
Kraft durch eine Spannungsdifferenz zwischen der dünnen unteren
leitfähigen
Schicht 56 und der jeweils auf den verformbaren Bandelementen 72a und 72b ausgebildeten
ersten oder zweiten leitfähigen
Schicht 78a oder 78b erzeugt. Es versteht sich,
dass auch auf der Unterseite 70b der einzelnen verformbaren
Bandelemente 72a oder 72b jeweils eine leitfähige Schicht ausgebildet
sein kann. Außerdem
kann die leitfähige
Schicht innerhalb der einzelnen verformbaren Bandelemente 72a und 72b angeordnet
sein.
-
In 5,
die eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 5-5 zeigt, ist die
mechanische Rastervorrichtung 100 ohne am zweiten leitfähigen Bereich 78b anliegende
Spannung dargestellt. Wenn keine Spannung zwischen der dünnen unteren
Leitschicht 56 und der ersten oder der zweiten leitfähigen Schicht 78a oder 78b auf
den einzelnen verformbaren Bandelementen 72a und 72b anliegt,
liegen alle Bandelemente 72a und 72b in derselben
Ebene. Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform
besteht die oberste Schicht der verformbaren Bandelemente 72a und 72b aus
einer reflektierenden und leitfähigen
Schicht 78a, 78b, die eine Oberfläche 70a der
koplanaren Bandelemente 72a und 72b definiert.
Die zum Träger 50 der
mechanischen Rastervorrichtung 100 weisende Oberfläche der
Bandelemente 72a und 72b wird als untere Fläche 70b bezeichnet.
Auf der Oberfläche 50a des
Trägers 50 ist
eine Vielzahl von Abstandselementen 61 ausgebildet. Jedes Abstandselement 61 definiert
eine Oberfläche 54a,
die zur unteren Fläche 70b der
einzelnen Bandelemente 72a, 72b weist. Die Tiefe
des Kanals 67 ist durch den Abstand zwischen der unteren
Fläche 70b der
Bandelemente 72a und 72b und der Oberfläche 50a des
Trägers 50 oder
der Oberfläche 54a der
Abstandselemente 61 definiert. Die Vielzahl von Abstandselementen 61 ist
auf der Oberfläche 50a des
Trägers 50 derart
verteilt, dass jedes zweite verformbare Bandelement 72a oder 72b einem
Abstandselement 61 (hier der zweite Satz der verformbaren
Bandelemente 72b) zugeordnet ist. Gemäß der in 5 dargestellten
Ausführungsform
wird der Träger 50 durch
das Substrat 52 gebildet, auf dem die untere leitfähige Schicht 56 ausgebildet
ist. Die aus dem Substrat 52 und der unteren leitfähigen Schicht 56 bestehende
Kombination wird durch eine Schutzschicht 58 abgedeckt,
die die obere Schicht des Trägers 50 bildet.
-
In 6,
einer Querschnittsansicht entlang der Ebene 5-5, liegt eine Spannung
am zweiten leitfähigen Bereich 78b der
mechanischen Rastervorrichtung 100 an, um die Betätigung des
zweiten Satzes verformbarer Bandelemente 72b zu demonstrieren.
In 6 ist die Höhen änderung
zum Beispiel des zweiten Satzes verformbarer Bandelemente 72b,
bei Anliegen einer Spannung zwischen der leitfähigen Schicht 78b auf
dem zweiten Satz verformbarer Bandelemente 72b und der
unteren leitfähigen
Schicht 56 zu sehen. Entsprechend der Differenzspannung
berühren
die betätigten
Bänder
(hier der zweite Satz verformbarer Bandelemente 72b) die
Abstandselemente 61. Die Trennung der Oberfläche 70a der
nicht betätigten
koplanaren Bandelemente 72a und einer Oberfläche 54b der
betätigten
koplanaren Bandelemente 72b ist im Hinblick auf die Maximierung
der Brechungsleistung durch Steuerung der Tiefe des Kanals 67 und
der Höhen
der Abstandselemente 61 ausgelegt. Die Dicke D der Bandschicht 70 wird
im Hinblick auf Leistungsoptimierung durch Beeinflussung der für die Betätigung erforderlichen
elektrostatischen Kraft und der die Geschwindigkeit und Resonanzamplituden
der Vorrichtung beeinflussenden Rückstellkraft gewählt, welche
der Zugspannung der Bandschicht 70 zuzuschreiben sind.
-
7 zeigt
eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 7-7 in 4,
in der eine Verbindung 75 zwischen der Bandschicht 70 und
dem Träger 50 zu
sehen ist. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht der Träger 50 aus
dem Substrat 52, das durch die untere leitfähige Schicht 56 abgedeckt
ist, welche eine Oberfläche 56a definiert. Über der
unteren leitfähigen
Schicht 56 ist die Schutzschicht 58 ausgebildet.
Der Kontakt zur unteren leitfähigen
Schicht 56 wird dadurch hergestellt, dass man zumindest
eine Öffnung 74 durch
die mehrschichtige Vorrichtung ätzt.
Die mehrschichtige Vorrichtung besteht aus dem Träger 50 (Zusammensetzung des
Trägers 50 siehe
oben) mit einer Oberfläche 53.
Die Oberfläche
ist mit einer im Bereich des Kanals 67 mustermäßig strukturierten
Abstandsschicht 60 überdeckt.
Beim Musterungsprozess werden eine Vielzahl von Abstandselementen 61 geschaffen.
Die Abstandsschicht 60 ist mit einer Trennschicht 65 bedeckt,
in der der Kanal 67 ausgebildet ist. Der Kanal 67 ist
mit einem vom Material der Trennschicht 65 abweichenden
Material 66 gefüllt.
Das Material 66 im Kanal 67 und das Material der
Trennschicht bilden die koplanare Oberfläche 64a der später ausgebildeten
verformbaren Bandelemente 72a und 72b aus. Vorzugsweise
verläuft
die koplanare Oberfläche 64a optisch
präzise
koplanar über
die gesamte Länger
der später
ausgebildeten, den Kanal 67 überspannenden verformbaren
Bandelemente 72a und 72b, so dass ein von dieser
Oberfläche
oder von der unteren Fläche 70b vor
dem Entfernen von Material 66 aus dem Kanal 67 reflektierter
Lichtstrahl beim Überstreichen
dieser Oberflächen
immer gerichtet reflektiert würde,
sofern er nicht auf die Kanten der Elemente 72a oder 72b auftrifft.
In der optischen Praxis ist bekannt, dass dies eine Oberflächenplanarität von unter
etwa 200 A erfordert. In diesem Fall bleibt die Oberfläche 70b nach
dem Entfernen des Materials 66 optisch koplanar, und auch
die Bandelemente 72a und 72b bleiben nach dem
Entfernen des Materials 66 sowohl mit ihren unteren als
auch mit ihren oberen Flächen
optisch koplanar, sofern das Material der Bandelemente 72a und 72b in
gleichmäßiger Dicke
und mit gleichmäßiger Zugspannung
aufgebracht wurde. In diesem Fall weisen die Bandelemente 72a und 72b an
den Punkten, an denen sie die Trennschicht 65 berühren, keine
mechanischen Unregelmäßigkeiten
auf und stellen damit sicher, dass die Bänder während des Betriebes der Vorrichtung gleichmäßig und
vorausberechenbar abwärts
ziehen. Auf der koplanaren Oberfläche 64a ist eine Bandschicht 70 ausgebildet.
Die Öffnung 74 ist
mit einer dicken leitfähigen
Schicht 76 gefüllt,
die zum Beispiel aus einer Aluminiumlegierung besteht. Die leitfähige Schicht 76 ist
durch fotolithografische Bearbeitung und entsprechende Ätzverfahren
auf einen kleinen Bereich beschränkt,
der mit der dicken leitfähigen
Schicht 76 bedeckt ist.
-
In 8 ist
in einer Querschnittsansicht entlang der Ebene 7-7 in 4 die
Anbringung einer Reflexionsschicht 78 dargestellt. Da bei
der vorliegenden Ausführungsform
die auf die verformbaren Bandelemente 72a und 72b aufgebrachte
Kraft eine elektrostatische Kraft ist, ist die über der Bandschicht 70 aufgebrachte Reflexionsschicht 78 ebenfalls
leitfähig.
Dies ist eine ideale Kombination, weil die leitfähige Schicht durch ihre Reflexion
die Brechungsleistung verbessert.
-
In 9 ist
in einer Querschnittsansicht entlang der Ebene 7-7 in 4 die
Vorrichtung nach dem letzten Verarbeitungsschritt dargestellt. Wie
in 9 zu erkennen ist, werden die leitfähige Schicht 78 und
die Bandschicht 70 mittels lithografischer Verfahren gemustert.
Zunächst
wird die leitfähige
Schicht 78 geätzt;
diesem Vorgang folgt das Ätzen
der Bandschicht 70, wobei die verbleibende leitfähige Schicht 78 als Ätzmaske verwendet
wird. Durch diesen Ätzprozess
werden im Hinblick auf die elektrische und mechanische Isolierung erste
und zweite leitfähige
Bereiche 78a und 78b der leitfähigen Schicht 78 ausgebildet.
Schließlich
wird die den Kanal 67 ausfüllende Opferschicht 66 durch
Trockenätzverfahren
mittels Xenondifluorid entfernt, so dass sich die in 9 dargestellte
Querschnittsansicht der Vorrichtung ergibt. Jetzt sind die mustermäßig strukturierten
verformbaren Bandelemente 72a und 72b über den
Kanal 67 gespannt. Vorzugsweise sind die Bandelemente 72a und 72b über ihre
gesamte Länge
hinweg optisch präzise
koplanar.
-
Die
Erfindung wurde vorstehend im einzelnen unter besonderer Bezugnahme
auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben, es versteht sich jedoch, dass Abweichungen und Abänderungen
möglich
sind, ohne von dem in den Ansprüchen
definierten Rahmen der Erfindung abzuweichen.
